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aéronautique : apports des outils de simulation
Fabien Bernard
To cite this version:
Fabien Bernard. Intégration du facteur humain en maintenabilité aéronautique : apports des outils de simulation. Autre. Université Bourgogne Franche-Comté, 2019. Français. �NNT : 2019UBFCA015�. �tel-02498222�
THESE DE DOCTORAT DE L’ETABLISSEMENT UNIVERSITE BOURGOGNE FRANCHE-COMTE
PREPAREE A L’UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE BELFORT-MONTBELIARD (UTBM)
Ecole doctorale n°37
Ecole doctorale Sciences Pour l’Ingénieur et Microtechniques (SPIM)
Doctorat en Sciences pour l’Ingénieur
Par
M. BERNARD Fabien
Intégration du facteur humain en maintenabilité aéronautique :
apports des outils de simulation
Thèse présentée et soutenue à Montbéliard, le 6 novembre 2019
Composition du Jury :
AOUSSAT Améziane Professeur des Universités, Arts et Métiers, Paris Président BUISINE Stéphanie Professeur HDR, CESI, Paris-Nanterre Examinateur GARRIGOU Alain Professeur des Universités, Université de Bordeaux Rapporteur PAQUIN Raphael Expert, responsable de l’équipe maintenabilité, Airbus Helicopters Invité RICHIR Simon Professeur des Universités, Arts et Métiers, Angers Rapporteur SAGOT Jean-Claude Professeur des Universités, UBFC, UTBM, Belfort Directeur de thèse
Juin 2019, je pose le point final d’un parcours de recherche, commencé 5 années plus tôt, lorsque je proposais un sujet de thèse à mon tuteur de stage de fin d’études au sein d’Airbus Helicopters. L’engrenage était lancé et, en février 2016, après 2 ans d’un parcours complexe pour monter le dossier de candidature, je commençais ma thèse de doctorat. Rempli de passion pour le monde de l’aviation, et de motivation pour contribuer à son évolution, je rejoignais l’aéroport de Marignane, berceau de bien des innovations aéronautiques. Mais ce parcours n’a eu de sens que par les rencontres, les collaborations que j‘ai pu faire, et les échanges nourris qui en sont nés. Je souhaite ici remercier l’ensemble des personnes qui ont contribué à la réalisation de ce projet qui reste avant tout, un travail d’équipe.
À Monsieur Alain Garrigou, Professeur des Universités au département Hygiène, Sécurité et Environnement (HSE) de l’Université de Bordeaux, membre du centre de recherche INSERM, à Monsieur Simon Richir, Professeur des Universités aux Arts et Métiers ParisTech d’Angers, Responsable de l’Équipe Présence et Innovation (PI) pour avoir accepté de juger ce travail et de me faire l’honneur d’en être les rapporteurs.
A Madame Stéphanie Buisine, Professeur HDR au CESI de Paris Nanterre et à Monsieur Améziane Aoussat, Professeur des Universités aux Arts et Métiers ParisTech, Directeur du Laboratoire Conception de Produits et Innovation (LCPI) pour avoir accepté de participer à mon jury de thèse et d’en être les examinateurs.
À mon co-encadrant de thèse Monsieur Mohsen Zare, enseignant-chercheur de l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard (UBFC – UTBM) pour le partage de son savoir, nos nombreux échanges et conseils qui ont été précieux pour avancer.
À mon directeur de thèse Monsieur Jean-Claude Sagot, Professeur des Universités de l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard (UBFC – UTBM), Responsable de l’équipe ERgonomie et COnception des Systèmes (ERCOS) pour son soutien scientifique et technique pendant les cinq dernières années et plus particulièrement pendant les trois années de thèse et l’aventure qu’elle représente.
À Monsieur Raphael Paquin, responsable de l’équipe maintenabilité d’Airbus Helicopters. Son soutien depuis 2014, ses conseils et sa bienveillance ont largement contribué à ce travail de recherche. Un immense merci à toi.
À Monsieur Kévin Dos Santos, responsable du département ETXOV pour avoir contribué à la bonne suite de mes travaux et pour m’avoir permis de poursuivre l’aventure au sein de son équipe.
4 À Monsieur Jean-Luc Avy, responsable du département ETXO, qui a su donner une dynamique à la discipline du facteur humain au sein de la maintenabilité, et même bien au-delà, touchant une bonne partie du bureau d’études.
À l’ensemble de l’équipe maintenabilité avec qui j’ai passé la majeure partie de mon temps. Leurs conseils et leurs contributions dans les expérimentations menées ont grandement aidé à la bonne conduite de ce travail. Leur bonne humeur et la cohésion de l’équipe ont aussi permis de rendre ce travail agréable.
À toute l’équipe ERCOS de l’UTBM, et plus particulièrement à Morad M., Antoine V. et Florence B. qui ont contribué à ce travail. A chacun, je souhaite adresser mes sincères remerciements. J’adresse également un merci amical à Morgane R. et Nicolas V. pour leurs conseils, ainsi qu’à Hugues B., Thierry R., Sébastien C., Régis V., Bernard M., Gérard T. et Thomas P. pour le partage de leur savoir.
To Stefanie Gutschmidt from the University of Canterbury in New Zealand, my motivation for the field of research was certainly born in 2013. I address my deeply gratitude to Steeve B. and Kerri-Anne R. for their advice, help and the inspiration, that they gave me, for the rest of my life. You are still in my heart.
À mes proches, à mes amis et à tous ceux qui m’ont soutenu et encouragé : Marius B., Konstanca N., Joffrey B., Yohann G., Olivier A., Maxime D., Jean-Marc B., Simon F., Graham W., Maxime L. et Jérôme M. J’ai aussi une pensée particulière pour Constant C., l’Estonie et tous nos voyages resteront des souvenirs inoubliables ! Pour Pierre L., avec qui partager notre passion pour l’aéronautique (et accessoirement pour la recherche…) est toujours un plaisir. N’oublie pas, pas de spirale en thermique pure…
A Margaux, qui a su m’écouter, me comprendre et être patiente durant ces trois dernières années. Les absences, les soirées et les weekends passés à travailler ne seront qu’un lointain souvenir. Le chemin parcouru est aussi le tien, depuis trois ans, et pour encore longtemps, je l’espère.
A mes parents, Brigitte et Alain et à mon frère, Pierre-Alexandre. Leur soutien de toujours, leurs conseils, leur amour m’ont permis, à chaque instant, de me dépasser. Sans vous, le travail accompli n’aurait jamais vu le jour. Il vous est entièrement dédié.
« Fais de ta vie un rêve, et d'un rêve, une réalité. » Antoine de Saint-Exupéry
1. REMERCIEMENTS ... 3
2. TABLE DES MATIERES ... 9
INTRODUCTION GENERALE ... 15
1. Introduction générale ... 18
2. Cadre du travail de recherche ... 20
2.1. Le laboratoire d’accueil...20
2.2. L’entreprise : Airbus (Helicopters) ...23
2.2.1. Le contexte industriel ...23
2.2.2. L’hélicoptère ...24
3. Positionnement, objectifs et contributions ... 26
4. Organisation du manuscrit ... 30
CHAPITRE I. LE FACTEUR HUMAIN EN MAINTENABILITE ... 35
1. Introduction... 38
2. Etat de l’art ... 38
2.1. La maintenance aéronautique ...38
2.1.1. Définitions générales ...38
2.1.2. Concepts généraux ...39
2.1.3. Organisation de la maintenance aéronautique ...41
2.1.4. Maintenance & maintenabilité ...45
2.2. La maintenabilité aéronautique ...46
2.2.1. Du Design For Assembly (DFA) à la maintenabilité ...46
2.2.2. Design For Maintainability (DFMaint) ...47
2.3. Le facteur humain en maintenabilité ...48
2.3.1. Généralités ...48
2.3.2. Les indicateurs de maintenance: vecteurs d’informations pour la maintenabilité et support de l’approche du facteur humain ...52
2.4. Synthèse de l’état de l’art ...57
3. Première expérimentation : état des pratiques ... 60
3.1. Contributions et hypothèses de recherche associées ...60
3.2. Méthodes et techniques ...61
3.2.1. Questionnaire semi-directif ...61
3.2.2. Analyse de documents techniques ...68
10
3.3.1. Degré de connaissances en facteur humain des acteurs-métiers en maintenabilité ...70
3.3.2. Degré d’intégration du facteur humain sur l’ensemble du processus de conception ...77
4. Discussion ... 79
4.1. Degré de connaissance en facteur humain des acteurs-métiers en maintenabilité ...80
4.2. Degré d’intégration du facteur humain sur l’ensemble du processus de conception ...82
4.3. Synthèse de la discussion ...84
5. Synthèse du chapitre et perspectives ... 86
5.1. Synthèse du chapitre ...86
5.2. Perspectives pour mieux favoriser l’intégration du facteur humain en maintenabilité ...87
CHAPITRE II. LES OUTILS DE SIMULATION POUR MIEUX INTEGRER LE FACTEUR HUMAIN EN MAINTENABILITE ... 91
1. Introduction... 94
2. Etat de l’art ... 94
2.1. Généralité sur la simulation ...94
2.2. Les outils de simulation en maintenabilité ...97
2.2.1. Modeleur et mannequin numérique ...98
2.2.2. Réalité virtuelle ... 100
2.2.3. La maquette physique ... 106
2.3. Synthèse de l’état de l’art ... 108
3. Seconde expérimentation ... 110
3.1. Contributions et hypothèses de recherche associées ... 110
3.2. Méthodes et techniques ... 111
3.2.1. Zone d’étude ... 111
3.2.2. Tâches sélectionnées ... 112
3.2.3. Dispositifs des outils de simulation ... 113
3.2.3.1. Mannequin numérique ... 113
3.2.3.2. Réalité virtuelle... 113
3.2.3.3. Maquette physique ... 114
3.2.4. Participants et organisation de l’expérimentation ... 116
3.2.5. Indicateurs ergonomiques et outils associés analysés ... 118
3.3. Présentation des résultats ... 120
4. Discussion ... 125
5. Synthèse de la discussion ... 131
6. Synthèse et perspectives ... 132
6.1. Synthèse du chapitre ... 132
CHAPITRE III. PROPOSITION D’UNE DEMARCHE D’INTEGRATION DU FACTEUR HUMAIN EN
MAINTENABILITE AERONAUTIQUE ... 137
1. Introduction... 140
2. Le modèle conceptuel ... 141
3. La démarche d’analyse ergonomique préliminaire en maintenabilité (PEAM) ... 146
3.1. Déploiement de la démarche PEAM ... 146
3.1.1. Objectif ... 146
3.1.2. Méthodes et techniques ... 146
3.1.3. Résultats et discussion ... 148
3.2. Pré-sélection des outils de simulation ... 151
3.2.1. Objectif ... 151
3.2.2. Méthodes et techniques ... 151
3.2.3. Résultats et discussion ... 155
3.3. Choix de l’outil de simulation ... 157
3.3.1. Objectif ... 157
3.3.2. Méthodes et techniques ... 157
3.3.3. Résultats et discussion ... 159
3.4. Protocole d’usage des outils de simulation pour réaliser des études de facteur humain ... 161
3.4.1. Objectif ... 161
3.4.2. Méthodes et techniques ... 161
3.4.3. Résultats et discussion ... 164
3.5. Analyse du facteur humain ... 165
3.5.1. Objectif ... 165
3.5.2. Méthodes et techniques ... 166
3.5.2.1. Analyse avec opérateur réel ... 166
3.5.2.2. Analyse avec et sans opérateur réel ... 168
3.5.2.3. Analyse globale du facteur humain ... 171
3.5.3. Résultats et discussion ... 172
4. Discussion sur le processus général de la démarche PEAM ... 176
5. Synthèse du chapitre et perspectives ... 181
5.1. Synthèse du chapitre ... 181
5.2. Perspectives pour favoriser l’intégration du facteur humain en maintenabilité ... 182
CHAPITRE IV. VALIDATION DE LA DEMARCHE PEAM ... 185
1. Introduction... 188
1.1. La validation d’une démarche ... 189
1.2. Méthodes et outils de validation d’une démarche ... 190
2. Troisième expérimentation ... 191
12
2.2. Méthodes et techniques ... 192
2.2.1. Contexte de l’approche expérimentale ... 192
2.2.2. Déploiement de l’approche expérimentale ... 194
2.3. Présentations des résultats ... 196
2.3.1. Comparaison avant et après le déploiement de la démarche PEAM ... 197
2.3.2. Questionnaire sur le retour d’expériences de la démarche PEAM ... 202
3. Discussion ... 205
3.1. Comparaison avant et après le déploiement de la démarche PEAM ... 206
3.2. Questionnaire sur le retour d’expériences de la démarche PEAM ... 209
4. Synthèse de la discussion ... 212
5. Conclusion et synthèse du chapitre ... 213
CHAPITRE V. DISCUSSION GENERALE ET PERSPECTIVES ... 217
1. Discussion générale ... 220
1.1. Comprendre l’approche facteur humain en maintenabilité ... 221
1.2. Les outils de simulation supports de l’approche facteur humain en maintenabilité ... 223
1.3. Développement d’une démarche d’aide à l’analyse ergonomique pour non spécialiste en ergonomie 227 1.4. Validation de la démarche PEAM ... 231
1.5. Synthèse et limites ... 234
2. Perspectives de recherche ... 237
2.1. Etendre notre démarche à tous les départements du bureau d’études... 237
2.2. Etendre l’analyse à d’autres outils de simulation ... 239
2.3. Etendre notre démarche aux erreurs humaines ... 242
BIBLIOGRAPHIE ... 245
TABLE DES ILLUSTRATIONS ... 269
TABLE DES TABLEAUX ... 275
LISTE DES PUBLICATIONS ... 279
ANNEXE ... 281
Annexe 1 : Questionnaire soumis aux acteurs-métiers du département maintenabilité de l’entreprise pilote 281 Annexe 2 : Questionnaire préliminaire aux observations de terrain ... 286
Introduction
1. Introduction générale ... 18
2. Cadre du travail de recherche ... 20
2.1. Le laboratoire d’accueil...20
2.2. L’entreprise : Airbus (Helicopters) ...23
2.2.1. Le contexte industriel ...23
2.2.2. L’hélicoptère ...24
3. Positionnement, objectifs et contributions ... 26
18
1. Introduction générale
L’aéronautique est un domaine technique et scientifique en perpétuelle évolution depuis les premiers vols dans les années 1900 et les deux guerres mondiales qui ont apporté des améliorations majeures, qu’elles soient d’ordre technologiques, humaines ou encore organisationnelles. La fiabilité technique et la sécurité des passagers a notamment été une des premières préoccupations des concepteurs au vu de la croissance des accidents aériens (Toulouse, 1981). Les accidents ont toujours été analysés attentivement afin d’en comprendre les causes et de proposer des solutions pour en réduire le nombre (Reason, 1990). Les concepteurs ont d’abord focalisé leurs efforts sur les améliorations techniques avant de prendre conscience que la majeure partie des accidents aériens mettait également très souvent en cause le facteur humain, en l’occurrence le pilote, voire les concepteurs. Ces accidents sont souvent dûs à un manque de formations et de connaissances, d’où l’expression souvent utilisée dans la littérature, à bon escient ou non, « erreur humaine », qui a fait l’objet de nombreux travaux (Rasmussen, 1982 ; Leplat, 1985 ; Reason, 1990 ; Shappell & Wiegmann, 2001). L’amélioration des méthodes d’analyses des accidents a néanmoins mis en évidence que l’activité de pilotage ne représentait pas la seule et unique cause des dites « erreurs humaines ». En effet, l’activité de maintenance représente aussi un pourcentage non négligeable à l’origine de ces incidents, voire accidents. On considère aujourd’hui que les accidents dus aux erreurs de maintenance représentent en moyenne 12% (Hobbs, 2000) avec une tendance plus forte sur les hélicoptères que sur les avions. De ce constat, deux courants de pensées scientifiques principaux ont vu le jour, l’un concernant les erreurs humaines en maintenance (Shanmugam & Paul Robert, 2015) et l’autre s’interrogeant plus spécifiquement sur les conditions de travail des opérateurs de maintenance (Chang et al., 2010), notamment les enjeux en termes de sécurité et de santé, qui peuvent impacter la qualité de la maintenance et donc la fiabilité du système homme-machine. Nos travaux conduits chez un constructeur d’hélicoptères, se situent plus spécifiquement dans le deuxième courant scientifique. En effet, deux raisons majeures nous poussent à mieux comprendre et à mieux étudier l’activité des opérateurs de maintenance. La première est juridique, puisque depuis 2012, l’employeur a l’obligation légale de mettre en œuvre des actions de prévention des risques professionnels et de la pénibilité au travail (Code du travail - Article L4121-1). La pénibilité au travail se définit par une exposition à un ou plusieurs facteurs de risques professionnels liés à des contraintes physiques marquées, un environnement physique agressif ou à certains rythmes de travail, susceptibles de laisser des traces durables, identifiables et irréversibles sur la santé (Code du travail, article L4121-3-1). La deuxième raison touche le retour d’expériences du terrain, notamment l’organisation de la maintenance qui est reconnue pour induire une activité de travail pénible, voire très pénible. Rappelons, en accord avec les travaux de Kinnison (2004), pour être fiable et disponible, un hélicoptère doit être maintenu en bon état tout au long de sa vie et ainsi assurer la fiabilité et la qualité pour lequel il a été conçu initialement. Cela implique une activité de maintenance très régulière, qu’elle soit planifiée ou inopinée lorsqu’une panne survient, sur des tâches de maintenance très variées. Afin de préserver durablement la performance des machines et la sécurité des personnes, la maintenance est donc devenue une activité de service qui demande une exigence et des compétences particulières de la part des opérateurs de maintenance spécialisés. Ces exigences, aussi indispensables que vitales, ne peuvent être conduites sans l’Homme qui est au cœur du processus de maintenance, tant en terme de prises de décisions que d’actions. Or, inutile de
rappeler que chaque individu est différent et ce dans toutes ses caractéristiques, qu’elles soient physiques (postures, efforts, anthropométrie…), physiologiques (rythme cardiaque, thermorégulation…), cognitives (charge mentale, stress, bien-être…), voire sociales (IEA, 2000). Les industriels sont bien conscients de ces exigences et essaient d’anticiper l’activité de maintenance pour mieux la concevoir au sein d’un département appelé maintenabilité. Plus particulièrement, l’anticipation passe par la simulation de l’activité de maintenance en bureau d’études. Cependant le constat des pratiques actuelles fait apparaître la difficulté, dans un processus de conception, de préserver le bon compromis entre critères mécaniques et exigences ergonomiques (Broberg, 2007).
Ainsi, l’enjeu de nos travaux est d’étudier comment le facteur humain, approché à travers l’ergonomie, même si ce n’est pas la seule discipline à s’intéresser au facteur humain, est considéré, étudié et exploité en bureau d’études dédié à la maintenabilité. Plus particulièrement, comment l’activité de travail des opérateurs de maintenance, en termes de santé, de sécurité et d’efficacité, est conçue et anticipée dans un département composé principalement d’ingénieurs et de techniciens spécialisés en mécanique et en maintenabilité. Des outils pouvant les aider existent et sont déjà utilisés tels que les outils de simulation numériques et physiques à travers les mannequins numériques, les technologies de réalité virtuelle ou encore les maquettes physiques. En effet, ces outils permettent d’étudier aussi bien le design d’un produit que son ergonomie, au sens interactions homme-machine. Or, ce dernier point, qui traite de l’usage d’un produit en relation avec le facteur humain n’est que très peu étudié en bureau d’études, et encore plus si cela touche la maintenabilité, en accord avec les travaux de nombreux auteurs (Sagot, 2003 ; Broberg, 2007 ; Craig et al., 2009). L’absence de démarche en ergonomie dans les bureaux d’études a pour conséquences de dégrader les conditions de vie au travail, au sens pénibilité, pour les opérateurs, et en particulier pour les opérateurs de maintenance.
L’objectif général est donc d’essayer d’apporter une solution permettant à chaque acteur-métier en bureau d’études de pouvoir réaliser des analyses de maintenabilité avec une approche facteur humain objective afin de mieux articuler les exigences ergonomiques avec les exigences techniques sur l’ensemble du processus de conception, là où tout est encore possible en termes d’imagination, de créativité et d’innovation. Cette approche aura pour finalité d’apporter une meilleure compréhension de la future activité des opérateurs de maintenance et donc de proposer des solutions cohérentes en bureau d’études. Cette approche est aussi celle qui est étudiée au sein de l’équipe Ergonomie et Conception des Systèmes (ERCOS), notamment sur le développement de connaissances, de méthodes et d’outils pour une meilleure prise en compte du facteur humain dans la conception de produit/système.
Il s’agira dans un premier temps de réaliser une étude exploratoire du département maintenabilité du constructeur européen d’hélicoptères « Airbus Helicopters » afin d’en comprendre ses pratiques, d’un point vue macroscopique avec son organisation générale sur l’ensemble du processus de conception ainsi que d’un point de vue microscopique avec les méthodes et outils déployés par chaque ingénieur et technicien dans chacune des phases d’étude.
Dans un deuxième temps nous analyserons la capacité et l’efficacité de chaque outil actuellement disponible au sein du département, outils de simulation majoritairement, qu’ils soient numériques
20 ou physiques, pour mieux comprendre les analyses de maintenabilité qui sont ou non conduites avec une approche tenant compte du facteur humain dans la conception des tâches de maintenance.
Dans un troisième temps, fort des résultats et des constats issus des deux premières parties, nous nous proposerons de développer une démarche dédiée à l’ensemble des acteurs-métiers du département maintenabilité afin qu’ils exploitent encore mieux les outils de simulation actuellement disponibles dans leur département dans le but de mieux prendre en compte le facteur humain pour améliorer la santé et la sécurité des opérateurs de maintenance.
Nous analyserons ensuite cette nouvelle démarche à partir de plusieurs projets industriels concrets mobilisant plusieurs acteurs-métiers du département concerné. Nous conclurons enfin cette recherche par des perspectives à courts et moyens termes qui pourront faire suite à nos travaux.
2. Cadre du travail de recherche
Nos travaux de recherche ont été conduits dans le cadre d’une thèse de doctorat sous convention CIFRE (Conventions Industrielles de Formation par la Recherche) au sein du pôle de recherche Ergonomie et Conception des Systèmes (ERCOS) du laboratoire ELLIADD (Editions, Langages, Littératures, Informatiques, Arts, Didactiques, Discours, E.A. 4661) de l’Université de Bourgogne-Franche-Comté (UBFC). Ces travaux ont été conduits en collaboration et au sein de l’entreprise Airbus (entité « Hélicoptère»), plus précisément au sein du département « Maintenabilité ». La répartition du temps de travail était de 85% en entreprise et 15% en laboratoire pour le suivi scientifique de nos travaux. Ces deux entités sont présentées dans le paragraphe qui suit.
2.1. Le laboratoire d’accueil
Nos travaux de recherche ont été conduits au sein de l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard (UTBM), faisant partie de l’Université de Bourgogne-Franche-Comté (UBFC), et plus spécifiquement au sein du Pôle de recherche ERgonomie et COnception des Systèmes (ERCOS) du laboratoire ELLIADD (E.A. 4661). Les recherches conduites au sein de ce pôle s’articulent autour d’un seul et même axe de recherche intitulé « Développement de connaissances, de méthodes et d’outils pour une conception de produits, de systèmes techniques centrés sur l’Homme », et se déclinent à travers deux programmes complémentaires, à savoir :
Programme 1 : « Développement de connaissances sur le fonctionnement humain à des fins de conception centrée sur l’utilisateur/opérateur » ;
Programme 2 : « Développement de méthodes et d’outils favorisant la conception collaborative produit/usage/service ».
Notre recherche est intimement liée à ces deux programmes. En effet, le Pôle de recherche ERCOS est spécialisé dans l’étude et l’identification des caractéristiques, des besoins et des attentes des utilisateurs à des fins de conception collaborative et de développement de produits nouveaux centrés sur l’Homme (Gomes, 1999; Zwolinski, 1999; Sagot et al., 2003; Chitescu et al., 2003; Chitescu, 2005; Mahdjoub, 2007; Fenix, 2008; Mahdjoub et al., 2008; Guerlesquin, 2012; Bazzaro et al., 2012; Charrier et al., 2014). Le Pôle ERCOS assoit ainsi son expertise dans la conception centrée sur l’Homme en tant qu’utilisateur pour un produit de grande diffusion (Sagot et al., 2003; Chitescu et al., 2003; Bazzaro et al., 2012; Charrier et al., 2014) et en tant qu’opérateur pour un système de travail, en l’occurrence un poste, voire un outil de travail. Rappelons que, selon Sagot, 1999, l’opérateur, en tant que professionnel, est caractérisé en fonction des tâches, des activités de travail, qu’il doit réaliser en employant des produits industriels, tandis que l’utilisateur est caractérisé en fonction des usages des produits. Nos travaux s’inscrivent parfaitement dans cette approche puisque, rappelons-le, notre objectif est de mieux anticiper l’activité de maintenance dans les phases de conception en maintenabilité en vue de sauvegarder la santé, le bien-être des opérateurs dédiés, et d’améliorer en même temps la performance globale des systèmes. De nombreux travaux (Duchamp, 1988; Garrigou et al., 2001; Quarante et Denielou, 2001; Broberg, 2007), dont certains portés par notre Pôle de recherche (Gomes, 1999; Sagot, 1999; Zwolinski, 1999; Sagot et al., 2003; Chitescu et al., 2003; Chitescu, 2005; Mahdjoub, 2007; Fenix, 2008; Mahdjoub et al., 2008; Guerlesquin, 2012; Bazzaro et al., 2012; Charrier et al., 2014) insistent sur le rôle central des utilisateurs/opérateurs dans le processus de conception de produits innovants, de façon à concevoir conjointement l’objet, le produit, le système et son usage. Ainsi, au sein de notre Pôle ERCOS, Chitescu et al. (2003), Sagot et al. (2003), Chitescu (2005), Mahdjoub (2007) et Mahdjoub et al. (2008) ont proposé une articulation entre ergonomie et conception de produits. Cette démarche s’adapte bien et rentre bien dans le cadre de nos travaux, car en effet il convient pour nous, in fine, de développer et de concevoir des tâches de maintenance intégrant les besoins, les capacités et les limites des opérateurs de maintenance, avec pour effet indirect, un impact sur l’architecture de l’hélicoptère, les outillages de maintenance ou encore les procédures pour réaliser ces tâches de maintenance.
La conception reste une activité collective, qui nécessite l’implication de plusieurs acteurs que l’on retrouve dans notre cas. Elle ne peut pas être une activité individuelle, comme le montre un des modèles de conception proposé par le Pôle ERCOS qui met en avant l’implication des différents acteurs métiers au centre de ce processus comme illustré sur la figure 1. Ces acteurs sont bien souvent issus de métiers différents et donc de cultures différentes. La conception est donc une activité transversale aux disciplines de chacun des acteurs, issus de différents métiers. Il s’agit d’une activité interdisciplinaire, qui nécessite l’implication de multiples acteurs, et qui conduit à une activité collective (Aoussat et al., 2000). Cette même figure 1 traduit également les étapes du processus de conception dans lesquelles évoluent ces acteurs-métiers. Les étapes partent du besoin jusqu’à une présérie du produit, en passant par les études de faisabilité, les études préliminaires, les études détaillées, la réalisation (industrialisation), en traduisant à chaque fois des étapes clés intermédiaires (Cahier des Charges fonctionnel, Avant-Projet/Préconcepts, Prototype et Présérie). Ces phases se suivent et sont en permanence en interaction avec un processus d’évaluation, de validation et d’optimisation par tous les acteurs métiers concernés comme : l’ingénieur en maintenabilité, le designer industriel, l’ergonome…
22 Au-delà du processus de conception et de l’aspect collaboratif multi-métiers, concevoir pour et avec le futur utilisateur/opérateur nécessite des méthodes, des outils et des connaissances dédiées (Sagot et al, 2003 ; Mahdjoub et al., 2013). En effet, concevoir pour l’utilisateur/l’opérateur nécessite de les connaître dans toutes leurs dimensions : physiques, psychologiques, physiologiques, sensorielles ou encore émotionnelles. Les travaux de recherche du Pôle ERCOS s’attachent ainsi à analyser, à étudier ces caractéristiques et les comportements, les régulations qui peuvent en découler de la part de l’utilisateur/opérateur, lors de l’usage d’un produit, d’un système, d’un outil dans un environnement donné (bruyant, chaud,…). Ces connaissances sont nécessaires, voire indispensables en vue justement de concevoir ces dispositifs, ces tâches, ces environnements, en accord avec leurs attentes, leurs besoins et leurs caractéristiques. L’homme, à travers ses capacités et ses limites, est ainsi mis au centre du processus de conception, facteur de sécurité, de santé et d’efficacité.
Dans le cadre de la demande formulée par l’entreprise, et en se référant au processus cité et aux autres similaires (Garrigou et al., 2001; Quarante et Denielou, 2001; Broberg, 2007), nos travaux se situent plus en phases préliminaires de conception, c’est-à-dire, ne s’appuyant que très peu sur les retours d’expériences liés à un usage régulier d’un produit/système déjà déployé sur le marché de consommation. Nous sommes ainsi dans un cadre plus d’ergonomie de conception que d’ergonomie de correction. En effet, lorsque la démarche ergonomique commence dès les premières phases de la conception, au niveau de l'analyse des besoins, et se poursuit tout au long du processus de conception, nous sommes dans une « ergonomie de conception ». Par opposition à "l'ergonomie de correction", où des modifications sont apportées aux produits, machines,... existants, pour contrecarrer des problèmes relevant de la sécurité, de la santé, du confort, et de l'efficacité du couple homme-machine. Dans notre cas, il y a nécessité d’anticiper l’activité future de maintenance. Dans ces phases de conception, l’anticipation passe souvent, pour ne pas dire toujours, par la simulation. Des outils dédiés à la simulation existent et permettent d’une part la simulation d’activité de travail et d’autre part la collaboration entre les différents acteurs-métiers composant le bureau d’études.
Figure 1 : Illustration simplifiée du processus de
développement et de conception de produits, processus qui se veut coopératif et rétroactif, selon Sagot et al. (1998, 2003).
Les travaux de recherche conduits au sein du pôle ERCOS s’appuient, d’une part, sur l’utilisation d’outils de simulation à des fins de simulation des usages futurs de produits/systèmes. On retrouve les outils numériques tels que la réalité virtuelle (Baeumle, 2012; Bennes, 2013; Bennes et al., 2014; Bernard et al., 2017 ; Bernard et al., 2018), et/ou les outils physiques tels que des simulateurs de conduite, d’architecture d’habitacles (Roger et al., 2014; Vignais et al., 2016 ; Roger et al., 2018). D’autre part, ils s’appuient également sur l’utilisation de méthodes et d’outils d’évaluation ergonomique de produits, de systèmes, de tâches, ou encore d’environnements à partir de questionnaires, d’enquêtes d’usages, de grilles d’évaluation, d’analyses de la tâche et de l’activité, d’évaluations des contraintes énergétiques (efforts) et biomécaniques (port de charges,…), mais aussi de mesures physiques touchant l’environnement physique de travail, voire d’usage (bruit, lumière, chaleur,…) (Vignais et al., 2017 ; Zare et al., 2017 ; Zare et al., 2018).
Fort de son savoir dans la conception de produit/système centrée utilisateur (opérateur de maintenance dans notre cas), ainsi qu’en témoignent les travaux cités, le Pôle ERCOS a souhaité compléter et élargir ses travaux vers la conception de tâches de maintenance, faisant appel à des problématiques d’usage et d’exploitation des outils de simulation de la part de non experts en ergonomie au sein même du bureau d’études dédié à la maintenabilité.
Ce travail est donc né de la collaboration entre l’entreprise Airbus (Hélicoptères), et plus particulièrement son département maintenabilité, et le Pôle de recherche ERCOS du laboratoire ELLIADD, aboutissant à cette thèse de doctorat sous convention CIFRE en Sciences Pour l’Ingénieur (SPI).
2.2. L’entreprise : Airbus (Helicopters)
Dans cette partie, nous développons le contexte industriel dans lequel se sont déroulés nos travaux de recherche. Plus précisément, nous présentons le département de la maintenabilité où les acteurs métiers étudient l’activité future de maintenance qui sera opérée sur les nouveaux hélicoptères en cours de conception et de développement.
2.2.1.
Le contexte industriel
Ce paragraphe a pour objectif de présenter le contexte industriel qui a motivé l’entreprise Airbus à engager ces travaux de recherche.
L’entreprise Airbus Helicopters se situe sur l’aéroport de Marignane (13), elle est un des leaders mondiaux dans la construction et la vente d’hélicoptères, qu’ils soient dédiés aux marchés civils, offshores, paramédicaux ou militaires. Le site de Marignane est composé d’un peu plus de 10 000 employés et a pour objectif d’imaginer, développer, construire, tester et livrer des hélicoptères. En d’autres termes, l’ensemble du processus de conception se concentre sur un même site. Des prestations de service sont proposées aux clients, telle que la maintenance d’hélicoptères, et sont
24 assurées sur ce même site de Marignane. Notons qu’un autre site Airbus (Helicoptères) est situé à Donauworth (Allemagne). L’interaction avec les homologues allemands est quotidienne.
Nos travaux de recherche se sont réalisés au sein du département « maintenabilité », entité du bureau d’études étudiant et anticipant la maintenance des hélicoptères en développement et en améliorant celle de ceux déjà livrés. Ce département est composé d’une vingtaine d’ingénieurs et de techniciens, tous spécialisés en maintenabilité. Nos travaux de recherche ont été motivés par deux éléments principaux:
Le premier élément provient du constat des clients, tous constructeurs d’hélicoptères confondus, où la maintenance reste complexe avec un taux d’indisponibilité parfois élevé, pouvant dépasser 5 heures de maintenance par heure de vol. Un des leviers d’amélioration est donc la réduction de la complexité des tâches de maintenance et de la durée de cette activité. Dans ce cadre, nos travaux, en intégrant l’ergonomie dans le processus de conception en maintenabilité, supposent qu’une conception anthropocentrée devrait pouvoir, à minima, faciliter l’activité de maintenance et améliorer la sécurité.
Le deuxième élément provient d’un travail préliminaire, au sein du département maintenabilité effectué dans le cadre d’un stage de fin d’études avec l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard (UTBM) (2014), mettant en évidence tout l’intérêt d’une démarche ergonomique pour résoudre des problématiques liées à l’usage d’un outillage dédié à la maintenance. Cet outillage, permettant de lever un hélicoptère à patins (et donc sans roues) présentait d’importantes difficultés d’usage (pour le déplacer, l’installer et le désinstaller de l’hélicoptère) mais également des défauts mécaniques, notamment avec la présence de fuite de liquide hydraulique. Le département a, dès lors, considéré le facteur humain comme une voie possible d’amélioration qu’il est nécessaire d’explorer et d’étudier dans son ensemble, car permettant de l’articuler avec les exigences techniques. En particulier, l’amélioration de l’usage des outils de simulation numériques et physiques actuellement mis en place et qui a intéressé le département. Ces outils sont en effet vus comme des supports d’aide pour les acteurs-métiers en maintenabilité pour conduire des approches et des analyses de maintenabilité permettant de mieux intégrer le facteur humain dans les tâches de maintenance et donc dans la conception de nouveaux produits.
2.2.2.
L’hélicoptère
Au sein du bureau d’études maintenabilité, l’objet des études concerne la maintenance des hélicoptères. Nous souhaitons ici décrire brièvement la technologie des voilures tournantes puisqu’elle sera au cœur de notre travail de recherche.
Un hélicoptère est un aéronef qui se caractérise par sa capacité à décoller verticalement et à réaliser le vol stationnaire. La sustentation de cet appareil est due à l’action de son rotor principal. Son rotor est composé de pâles possédant un profil similaire à celui d’un avion. C’est la vitesse de pénétration dans l’air (vitesse de rotation), qui va assurer la portance de l’hélicoptère. La mise en
rotation de ces rotors est assurée par une motorisation située sur la partie supérieure de sa cabine. Le rotor arrière, appelé plus communément rotor anti-couple, permet d’assurer le mouvement de lacet mais également de contrer le couple induit par le rotor principal qui tend à faire tourner la cellule dans le sens opposé. Ainsi, sans ce rotor anti-couple, l’hélicoptère ne pourrait pas voler en ligne droite. Le rotor principal et le rotor anti-couple sont dépendants l’un de l’autre puisque la motorisation entraîne d’abord le rotor principal, et c’est bien la rotation du rotor principal qui vient entraîner la rotation du rotor anti-couple par l’intermédiaire d’un arbre de transmission.
La demande de fiabilité est d’autant plus accrue que sans le fonctionnement des moteurs, l’hélicoptère ne se sustente plus ; contrairement à l’avion qui se sustente par la portance de ses ailes, dont les moteurs assurent la poussée et donc la vitesse. Sans moteur, un avion peut donc planer tandis qu’un hélicoptère chutera. Un système de sécurité existe, sous certaines conditions et paramètres de vol dont l’altitude, pour laquelle, suite à une panne moteur, l’hélicoptère peut réaliser une manœuvre de sécurité appelée autorotation. Evidemment, cette machine est d’une redoutable complexité qu’il convient de maintenir en état de vol. Les systèmes à maintenir sont nombreux, se divisant aussi bien en éléments mécaniques qu’électriques en passant par les systèmes hydrauliques. La figure 2 suivante montre les éléments principaux qui composent un hélicoptère et qui nécessitent une maintenance régulière :
Cabine Sous-barque Capot moteur Poutre de queue comportant la transmission mécanique Rotor principal Pâle Radome Rotor anti-couple
Figure 2 : Présentation des principaux éléments composant un hélicoptère (exemple du H145, catégorie médium ; 3,6
26
3. Positionnement, objectifs et contributions
L’objectif de cette partie est de préciser notre travail de recherche conduit entre le laboratoire de recherche ELLIADD et l’entreprise AIRBUS HELICOPTERS. Au vue des thématiques de recherche traduites précédemment, nos travaux se situent à l’articulation des programmes 1 et 2 cités. Le programme 1 s’intéresse au développement de connaissances sur le fonctionnement humain lors des activités de maintenance à des fins de conception centrée sur l’opérateur de maintenance. Le programme 2 permet d’appliquer les connaissances acquises issues du programme 1, puisqu’il se positionne dans le champ du développement de méthodes et d’outils favorisant la conception produit/usage/service à partir d’outils de simulation. Notre recherche se veut ainsi transverse aux deux programmes de recherche du Pôle ERCOS.
Notre environnement industriel, la maintenabilité aéronautique, sous-entendu le bureau d’études, a pour objectif principal de concevoir les futures tâches de maintenance des hélicoptères. Les acteurs-métiers proposent alors des améliorations techniques d’un point de vue architecture, outillage ou encore procédure. Tous secteurs d’activité confondus, et en accord avec la littérature scientifique (AFIM, 2004), et les retours d’expériences des opérateurs de maintenance, l’activité de maintenance reste connue et reconnue pour être difficile et pénible, avec un taux de maladies professionnelles souvent élevé (troubles musculo-squelettiques en particulier). En effet, la maintenance aéronautique est une activité de travail très changeante, très variable en termes de difficultés physiques, cognitives ou encore organisationnelles. Notre approche se situe, comme déjà évoqué, en maintenabilité, pour laquelle nous formulons l’hypothèse que l’activité humaine en maintenance n’est pas suffisamment anticipée en bureau d’études. Plus précisément, l’articulation entre les critères de la conception mécanique et les exigences ergonomiques ne semble pas optimale, optimisée, ce que confirment plusieurs auteurs (Broberg, 2007 ; Broberg 2011 ; Kaljun & Dolšak, 2012). Cette articulation, qui touche le couple produit/usage, sera au cœur de nos préoccupations. Pour concevoir les futures tâches de maintenance, le concepteur doit d’abord comprendre l’opérateur, son métier, sa tâche (le prescrit), son activité de travail,… pour adapter en conséquence ses choix de conception, touchant aussi bien l’outillage, l’architecture ou encore les consignes et procédures de travail. On parle alors de conception centrée sur l’homme ou encore de conception anthropocentrée (Sagot, 1999). Cette démarche associe en particulier deux grandes compétences, deux savoir-faire, que sont les sciences de la conception et les sciences humaines et sociales, à travers l’ergonomie, même si ce n’est pas la seule discipline concernée. Les sciences de la conception sont pratiquées dans le monde du travail, par des acteurs-métiers souvent spécialisés en mécanique dans un environnement de travail spécifique tel que le bureau d’études, alors que les sciences ergonomiques sont pratiquées par des ergonomes dont l’environnement de travail est davantage le terrain, là où se produit l’activité de travail. Le travail collaboratif entre ces deux acteurs-métiers est essentiel et exige des méthodes ainsi que des outils partagés afin que chaque acteur-métier puisse se comprendre et ainsi mieux travailler ensemble. Le contexte en bureau d’études rend souvent difficile d’appréhender toutes ses dimensions, surtout si le bureau d’études n’est pas doté d’ergonome. Nous verrons que l’acteur-métier, pour mieux travailler sur le sujet, s’appuie sur des outils de simulation numériques et physiques afin de mieux prendre en compte le facteur humain dans ses travaux.
Jusqu’à présent, nous avons évoqué l’intégration du facteur humain dans la conception, en centrant notre recherche au travers de l’ergonomie qui dans la littérature citée, semble être l’approche la plus courante en bureau d’études et la mieux acceptée par les acteurs-métiers non spécialisés en facteur humain. Cependant, d’autres disciplines inhérentes à l’ergonomie étudient l’ergonomie en conception tels que la psychologie cognitive, expérimentale, la sociologie, la psychophysiologie (Darses et al., 2001 ; Sperandio, 2015). Egalement, au sein de l’ergonomie, il existe deux grands courants que nous proposons de détailler afin de comprendre la différence entre ces deux notions. Nous souhaitons ainsi enlever toute ambiguïté, clarifier et nous positionner pour le reste de ce mémoire de thèse, ainsi nous avons :
L’ergonomie basée sur le composant humain souvent accrochée à l’approche anglo-saxonne et très normative (caractéristiques anthropométriques, psychophysiologique, rythmes biologiques, dépenses énergétiques…) Les études sont alors focalisées sur le fonctionnement humain faisant appel, par exemple, à l’activité neurologique des pilotes d’avion au travers d’électro-encéphalogrammes (Mandrick et al., 2016 ; Causse et al., 2017);
L’ergonomie de l’activité aborde une approche dite « francophone ». On parle d’approche holistique prenant en compte l’activité d’êtres humains dans des situations de travail, distinguant tâches prescrites et activité réelles, étudiant l’interaction entres les personnes et entre les personnes et leur environnement de travail.
L’Association Internationale d’Ergonomie (IEA, 2000), qui regroupe les deux courants dans sa définition, décrit l’ergonomie comme « la discipline scientifique qui vise à la compréhension des interactions entre les humains et les composantes d’un système, c’est la profession qui applique principes théoriques, données et méthodes en vue d’optimiser le bien-être des personnes et la performance globale des systèmes ». Pour l’IEA « les ergonomes contribuent à la conception et à l’évaluation des tâches, du travail, des produits, des environnements et des systèmes en vue de les harmoniser avec les besoins, les capacités et les limites des personnes ». L’IEA définit ainsi trois domaines de spécialisation de l’ergonomie, qu’il convient d’explorer dans toutes études ergonomiques : l’ergonomie physique, cognitive et organisationnelle. Cette approche pluridisciplinaire reposant sur l’analyse de l’activité et des composantes physiques, dans sa définition, semble répondre à notre problématique, s’intéressant notamment à la pénibilité au travail qui suggère que l’activité de maintenance est physiquement pénible avec une charge cognitive parfois élevée, associée à une organisation complexe et imprévisible (Misra, 2008). Ainsi, dans notre cas, nous aborderons donc le facteur humain à travers l’ergonomie en nous intéressant aux dimensions physiques, cognitives et organisationnelles définies par l’IEA. Nous les étudierons uniquement au travers d’indicateurs ergonomiques classifiés dans ces mêmes dimensions et correspondant aux méthodes et outils liés à l’observation d’une activité de travail et aux outils caractérisant le poste et l’environnement de travail.
Dans notre cas, nous aborderons donc le facteur humain à travers l’ergonomie et à cet égard nous nous intéresserons à ces différentes dimensions définies par l’IEA (physiques, cognitives et organisationnelles) puisque nous étudierons des indicateurs ergonomiques classifiés dans chacune
28 de ces dimensions avec des méthodes et des outils liés à l’observation d’une activité de travail. Egalement, lorsque nous aborderons le travail réalisé par les acteurs-métiers en maintenabilité, nous parlerons d’analyse de maintenabilité intégrant une approche facteur humain. En effet, une analyse ergonomique s’adresse à un spécialiste du domaine exploitant des méthodes et des outils spécifiques, ce qui n’est pas le cas des ingénieurs et des techniciens en maintenabilité qui eux, tentent d’évaluer certains critères relevant du facteur humain.
Le constat industriel et celui de la littérature nous amènent alors à identifier et à poser notre problématique générale :
Problématique : « Comment mieux prendre en compte le facteur humain dans les phases de développement et de conception en maintenabilité, là où les acteurs-métiers ne sont ni formés, ni
initiés au facteur humain, et en particulier à l’ergonomie. »
Pour étudier notre problématique et tenter d’apporter une réponse, nous avons divisé notre démarche en quatre contributions majeures que nous diviserons en quatre chapitres. Les objectifs et les contributions associées sont présentés dans les paragraphes suivants :
Le premier objectif de nos travaux est de mieux comprendre le fonctionnement, les pratiques actuellement en place, mais aussi le rôle de la maintenabilité chez notre industriel. En effet, afin de pouvoir proposer des solutions pour mieux prendre en compte le facteur humain, il convient dans un premier temps de définir, de comprendre les pratiques en place, de conceptualiser le processus de conception déjà mis en œuvre, ainsi que le rôle de chaque acteur-métier composant le département étudié. Egalement, pour comprendre comment la prise en compte du facteur humain est aujourd’hui étudiée, il nous faudra questionner, interroger chaque acteur-métier pour comprendre son savoir, son savoir-faire, ses pratiques actuelles pour réaliser des analyses de maintenabilité avec ou non une approche du facteur humain, avec quelles connaissances, quelles méthodes et quels outils ?
Ainsi, notre première contribution a pour but de :
C1 : Comprendre au sein d’une entreprise pilote relevant de l’aéronautique, les pratiques mises en place pour intégrer le facteur humain en maintenabilité.
Le deuxième objectif, en lien avec le premier, est de lister et de comprendre les moyens et les outils actuellement utilisés par les acteurs-métiers en maintenabilité pour mieux prendre en compte le facteur humain et en particulier celui de l’opérateur de maintenance qui devra exécuter les tâches définies par les acteurs-métiers en amont.
C2 : Observer, analyser, évaluer, dans l’état actuel des pratiques des acteurs-métiers en maintenabilité en bureau d’études d’un constructeur d’hélicoptères, les limites et les avantages des outils de simulation mis à leur disposition, à des fins d’approche du facteur humain.
Le travail réalisé pour répondre aux deux premiers objectifs nous amène également à vouloir comprendre comment l’acteur-métier en maintenabilité travaille, notamment pour aborder des analyses de maintenabilité avec une approche facteur humain et avec quels moyens, quels outils. Ainsi, la compréhension de l’usage des moyens et des outils dont dispose l’acteur-métier en maintenabilité, qu’il utilise ou non, nous amènera à mieux comprendre l’activité de l’acteur-métier en maintenabilité avec les moyens et outils actuellement associés et de proposer en conséquence une démarche pour une meilleure intégration du facteur humain sur la totalité du processus de conception en maintenabilité.
Notre troisième contribution est donc :
C3 : Sur la base des outils et moyens existants, développer une démarche favorisant l’intégration du facteur humain en maintenabilité pour des non experts en ergonomie.
Le développement de cette démarche nous amène à notre troisième objectif qui vise à son évaluation et donc sa validation au sein même de notre industriel et du département de maintenabilité.
Ainsi, notre quatrième et dernière contribution est :
C4 : Valider la démarche PEAM proposée au sein du département de maintenabilité de notre industriel aéronautique pilote.
Pour résumer, notre travail de recherche porte sur quatre contributions principales :
La première contribution se focalise sur les acteurs-métiers du département de maintenabilité en étudiant leur savoir et savoir-faire autour du facteur humain, à travers l’ergonomie, notamment en termes d’outils d’analyses, ainsi que le comportement et les pratiques qu’ils adoptent pour l’intégrer sur l’ensemble du processus de conception;
La deuxième contribution porte sur la compréhension des outils de simulation numériques et physiques, utilisés en maintenabilité, permettant la réalisation d’analyses de maintenabilité avec une approche du facteur humain sur l’ensemble des phases de conception en maintenabilité;
La troisième contribution consiste à développer, en s’appuyant sur les deux premières contributions; une démarche dédiée à l’acteur-métier en maintenabilité afin qu’il exploite mieux encore les outils de simulation numériques et physiques à des fins d’approche du facteur humain;
30 Enfin, notre quatrième et dernière contribution vise à valider la nouvelle démarche mise en
place au sein de notre entreprise au travers le suivi de plusieurs projets et acteurs-métiers.
4. Organisation du manuscrit
Afin de répondre à notre problématique de recherche, notre manuscrit est composé de cinq chapitres. Nous présentons dans cette section l’organisation des différents chapitres en question, résumée dans la figure 3.
Le chapitre 1 qui s’intitule « le facteur humain en maintenabilité » se divise en deux grandes parties. La première concerne l’analyse de l’état de l’art. Nous définissons ainsi la maintenance et les organisations qui y sont associées. Un focus est réalisé ensuite sur la maintenance aéronautique qui engage des procédures particulières venant impacter directement le bureau d’études. Nous faisons ainsi le lien entre la maintenance et la maintenabilité qui, pour cette dernière spécialité, concerne la prise en compte de l’activité de maintenance dès les premières phases de conception. Cette approche nous amène à définir, toujours au travers de l’état de l’art, l’ergonomie intégrée à la maintenabilité. Nous pouvons alors proposer une formalisation de l’intégration de l’ergonomie au travers du processus de conception. Par la suite, nous abordons la deuxième grande étape de ce chapitre, concernant une observation des pratiques au sein même de notre industriel. Nous réalisons alors une première expérimentation qui nous amène à définir le degré de connaissance en facteur humain des acteurs-métiers en maintenabilité puis le degré d’intégration du facteur humain sur l’ensemble du processus de conception.
Le chapitre 2 découle de l’analyse du premier chapitre et est titré « les outils de simulation pour mieux intégrer le facteur humain en maintenabilité ». Nous observons en effet que les outils de simulation physiques et numériques sont connus et déjà utilisés par les ingénieurs en maintenabilité mais à des fins d’analyses de conception. Cependant, ces outils peuvent aussi être exploités pour réaliser des analyses de maintenabilité avec une approche du facteur humain. Ainsi, nous découpons une nouvelle fois ce chapitre. De la même manière que le premier chapitre, nous abordons d’abord une étude de la littérature à travers laquelle nous voyons que les outils de simulation, aussi bien numériques que physiques, sont déjà exploités pour réaliser certaines analyses ergonomiques mais pas toujours dédiés à l’anticipation des activités de maintenance aéronautique.
La deuxième partie de ce chapitre 2 quant à elle, propose une expérimentation qui a pour objectif, sur la base des outils de simulation et des méthodes actuellement utilisés dans le département maintenabilité, de réaliser des analyses ergonomiques de situations de travail de maintenance. Nous observons alors l’efficacité des outils de simulation pour réaliser des analyses ergonomiques autour des outils de simulation en maintenabilité. En particulier, nous dissocions les outils qui permettent de faire intervenir des opérateurs réels (réalité virtuelle, maquette physique) et les opérateurs virtuels (mannequin numérique). Tous les outils de simulation étudiés seront ainsi comparés à l’aide d’un protocole d’analyse ergonomique rigoureux visant à étudier des indicateurs ergonomiques définissant les dimensions physiques, cognitives et organisationnelles (IEA, 2000).
Le chapitre 3, intitulé « Proposition d’une démarche d’intégration du facteur humain en maintenabilité aéronautique », détaille le développement, en accord avec les observations des deux premiers chapitres, d’une démarche ayant pour objectif une meilleure prise en compte du facteur humain par des non experts en ergonomie dans un département de maintenabilité. La finalité pour l’acteur-métier est d’objectiver ces analyses pour rapidement trouver des compromis avec les critères techniques qu’il connaît et maîtrise déjà. Nous pouvons d’ores et déjà préciser que cette démarche ne se substituera pas à l’expertise d’un ergonome mais orientera objectivement le concepteur dans ses choix initiaux au cours des analyses de maintenabilité. Ce chapitre précise notamment la philosophie de la démarche en termes d’acceptabilité potentielle puisque l’objectif est que l’outil soit rapidement accepté et utilisé par l’ensemble des acteurs-métiers du département. Egalement, nous détaillerons l’approche conceptuelle en définissant au travers d’un graphique, la nouvelle démarche qui sera liée au processus déjà connu et déployé par les acteurs-métiers en maintenabilité. Enfin, nous décrivons le cheminement que doit faire le spécialiste en maintenabilité pour choisir le bon outil de simulation puis pour l’exploiter au travers d’un protocole qui lui permettra, en autonomie, de réaliser une première approche du facteur humain.
Le chapitre 4 intitulé « Validation de la démarche PEAM » se divise en deux parties. La première partie fait un état de l’art sur les méthodes et outils existants permettant d’évaluer des démarches exploitées en entreprise et plus particulièrement en bureau d’études. Dans un deuxième temps, sous forme d’une expérimentation, nous validons au travers de nombreux projets et acteurs-métiers comment notre démarche est déployée. Plus particulièrement nous essayons d’observer son efficacité pour d’une part mieux exploiter les outils de simulation et d’autre part réaliser des analyses de maintenabilité, intégrant une approche du facteur humain, objectives et utiles pour l’acteur-métier. Son retour d’expériences nous permet de connaître les avantages et les limites de notre outil.
Dans le chapitre 5, intitulé « Discussion générale et perspectives », nous faisons une synthèse de l’ensemble de nos résultats. Nous essayons d’articuler les liens existants entre maintenance, maintenabilité, facteur humain, outils de simulation et processus de conception. Egalement, l’apport de notre nouvelle démarche nous amène à aborder des perspectives à courts et moyens termes.
32 Chapitre 1 : Etat des
pratiques en maintenabilité
Chapitre 2 : Etude des outils de simulation à des
fins d’approches facteur humain 1. Etat de l’art 2. Contribution 1 3. Première expérimentation 1. Etat de l’art 2. Contribution 2 3. Deuxième expérimentation 1. Approche générale 2. Contribution 3 3. Développement de l’outil Chapitre 3 : Construction d’une nouvelle démarche
PEAM Chapitre 4 : Validation de la nouvelle démarche PEAM Discussion générale et perspectives 1. Approche générale 2. Contribution 4 3. Troisième expérimentation Introduction générale Contexte et problématique
CHAPITRE I. LE FACTEUR HUMAIN EN
MAINTENABILITE
Ce chapitre a fait l’objet d’une communication dans le cadre d’une conférence internationale : Bernard, F., Bazzaro, F., Paquin, R., Sagot, J.C. (2017, January). "Consideration of Human Factors in aeronautical maintainability". Annual Reliability and Maintainability Symposium. (IEEE.), p37-43. DOI: 10.1109/RAM.2017.7889653 ;
et d’un article dans une revue internationale à comité de lecture et référencé dans les bases de données internationales: Bernard F, Zare M, Sagot J‐C, Paquin R. Integration of human factors into the design process of helicopter maintainability. Hum. Factors Man. 2019; 1–11. DOI : 10.1002/hfm.20792
Chapitre 1 : Le facteur humain en maintenabilité
1. Introduction ... 38 2. Etat de l’art ... 38 2.1. La maintenance aéronautique ... 38 Définitions générales ... 38 2.1.1. Concepts généraux ... 39 2.1.2.Organisation de la maintenance aéronautique ... 41 2.1.3.
Maintenance & maintenabilité ... 45 2.1.4.
2.2. La maintenabilité aéronautique ... 46
Du Design For Assembly (DFA) à la maintenabilité ... 46 2.2.1.
Design For Maintainability (DFMaint) ... 47 2.2.2.
2.3. Le facteur humain en maintenabilité ... 48
Généralités ... 48 2.3.1.
Les indicateurs de maintenance: vecteurs d’informations pour la maintenabilité et support de 2.3.2.
l’approche du facteur humain ... 52
2.4. Synthèse de l’état de l’art ... 57
3. Première expérimentation : état des pratiques ... 60
3.1. Contributions et hypothèses de recherche associées ... 60 3.2. Méthodes et techniques ... 61
Questionnaire semi-directif ... 61 3.2.1.
Analyse de documents techniques ... 68 3.2.2.
3.3. Présentation des résultats ... 69
Degré de connaissances en facteur humain des acteurs-métiers en maintenabilité... 70 3.3.1.
Degré d’intégration du facteur humain sur l’ensemble du processus de conception ... 77 3.3.2.
4. Discussion ... 79
4.1. Degré de connaissance en facteur humain des acteurs-métiers en maintenabilité ... 80 4.2. Degré d’intégration du facteur humain sur l’ensemble du processus de conception ... 82 4.3. Synthèse de la discussion ... 84
5. Synthèse du chapitre et perspectives ... 86
5.1. Synthèse du chapitre ... 86 5.2. Perspectives pour mieux favoriser l’intégration du facteur humain en maintenabilité ... 87
38
1. Introduction
Aujourd’hui, la maintenance prend une part de plus en plus importante dans les entreprises. D’ailleurs, elle est communément appelée « fonction de maintenance » la séparant ainsi distinctement des autres fonctions qui régissent le fonctionnement d’une entreprise (Monchy, 1987). Elle est considérée comme une fonction vitale puisque sans elle, le risque de rompre le processus industriel est souvent inévitable, surtout aujourd’hui où les entreprises conçoivent, possèdent des produits dits de plus en plus « complexes » (Mechin, 2007). La maintenance assure ainsi au produit la possibilité de continuer à fonctionner avec fiabilité et qualité, en assurant les fonctions et les objectifs pour lesquels il a été conçu. La maintenance s’applique aussi comme un service pour les clients achetant un produit, quel qu’il soit, afin d’en assurer le bon fonctionnement tout au long du cycle de vie du produit, ce que nous retrouvons dans notre entreprise d’accueil.
Ce présent chapitre décrit les définitions et les concepts généraux de la maintenance puis ceux de la maintenance aéronautique qui impliquent des exigences particulières et bien normalisées. Nous détaillerons ensuite le lien étroit qui existe entre la maintenance et la maintenabilité avant de s’attarder sur ce dernier domaine. Afin de comprendre la genèse de notre problématique générale, nous verrons un autre lien essentiel, celui qui lie la maintenabilité et le facteur humain, et en particulier à travers l’ergonomie, intégrant ainsi l’ensemble des connaissances, des compétences, des méthodes et outils associés, pouvant exister ou non au sein des entreprises, en l’occurrence au sein de notre entreprise d’accueil. Nous terminerons ce chapitre par nos hypothèses de travail qui justifieront et guideront l’ensemble des séries expérimentales qui seront conduites dans le cadre de ces travaux de thèse de doctorat.
2. Etat de l’art
2.1. La maintenance aéronautique
2.1.1. Définitions générales
La maintenance est un domaine qui fait l’objet d’une norme européenne (NF EN 13306, intitulée « Maintenance - Terminologie de la maintenance », 2018) et qui la définit ainsi « Ensemble de toutes les actions techniques, administratives et de management durant le cycle de vie d'un bien, destinées à le maintenir ou à le rétablir dans un état dans lequel il peut accomplir la fonction requise ». La notion de cycle de vie est d’autant plus importante qu’elle appuie la nécessité de prendre en compte la maintenance à chaque étape, depuis le développement du produit jusqu’à son recyclage. D’ailleurs, dans la définition initiale de maintenance, le terme de « sureté de fonctionnement » est mis en avant représentant ainsi "l'ensemble des aptitudes d’un produit qui lui permet de disposer des performances fonctionnelles spécifiées, au moment voulu, pendant la durée prévue, sans dommage pour lui-même et son environnement" (Zwingelsteing, 2009).
